高中曲線運動教材介紹.doc

普通高中課程標準實驗教科書物理教材介紹必修2（第五章 曲線運動）課程標準的要求1會用運動合成與分解的方法分析拋體運動。2會描述勻速圓周運動。知道向心加速度。3能用牛頓第二定律分析勻速圓周運動的向心力。分析生活和生產(chǎn)中的離心現(xiàn)象。4關注拋體運動和圓周運動的規(guī)律與日常生活的聯(lián)系。一、本章教材概述本章是共同必修模塊的第五章。在第一、二章中，學生學習了運動的描述和勻變速直線運動的規(guī)律，對運動學的知識有了一定的了解；在第三、四章中，學生學習了關于力的基本知識和牛頓運動定律，對動力學的知識也有了一定了解。本章所學的曲線運動，不僅要討論曲線運動的運動規(guī)律，同時要用牛頓第二定律對有關曲線運動進行分析。因此可以說，本章實際上是運動學和動力學知識在曲線運動上的具體應用，是學生所學運動學和動力學知識的進一步拓展和延伸，其拓展和延伸的具體內(nèi)容可以用以下方框圖來表示：本章教材大體繼承了傳統(tǒng)教材“曲線運動運動的合成和分解拋體運動勻速圓周運動”的整體結構，但編寫時，更注重分析思路和方法的滲透，而且在行文線索上也做了一些調(diào)整，例如，本章教材是根據(jù)運動學的知識先學習向心加速度，然后再根據(jù)牛頓第二定律學習向心力的知識，這樣做，有利于形成合理的知識結構，而且更符合認知規(guī)律。具體來說，本章在編寫時有如下思考：1重視對物理結論形成的過程進行優(yōu)化設計為得到曲線運動速度方向是沿曲線某點的切線方向這一結論，教科書設計了以下過程：教科書沒有在過程1之后就匆匆形成結論，因為過程1列舉的是圓周運動的情況，圓周運動僅僅是曲線運動的一種特例，通過一個特例來概括出普遍結論，這不利于形成學生的科學思維。只有把客觀事實和理性分析結合起來形成結論，才是更科學的研究方法，過程2和過程3就是基于這種考慮而設計的。因此，對于這段教科書，過程1可以看成是根據(jù)部分事實得到的猜想，過程2和過程3可以看成是對該猜想所進行的實驗和理論上的證明。過程2除了其任意曲線的軌道具有普遍意義外，讓學生體驗嚴謹?shù)膶嶒炦^程也是編寫意圖之一。因為過程2要記錄小球運動的軌跡，用直尺判斷出小球脫離軌道后的運動軌跡是在脫離點的曲線切線上。這就存在著一個如何收集信息和分析、處理信息的問題，它使學生感覺到，一個實驗結論的形成是應該尊重客觀事實和嚴謹?shù)?。過程3隱含著極限的思想。AB割線的長度跟質點由A至B的運動時間之比，等于AB過程的平均速度大小，其平均速度的方向由A指向B。當B非常非常接近A時，AB割線變成了過A點的切線，同時AB間的平均速度近似等于A點的瞬時速度，因此質點在A點的瞬時速度方向就是過A點的切線方向。教科書用了一系列的幾跟虛線逐漸逼近切線的方法來展現(xiàn)這種極限的思想。2重視學生的體驗本教科書重視學生對物理現(xiàn)象的深入觀察和對物理規(guī)律的親身體驗。學生經(jīng)過了深入觀察和親身體驗后，物理知識不僅容易領悟而且印象深刻。學生學習了曲線運動的方向后，教科書讓學生做一個“飛鏢”，觀察飛鏢在空中做斜拋運動時指向不斷改變的情景，觀察飛鏢落至地面插入泥土的指向，聯(lián)系飛鏢在空中做曲線運動的軌跡，體會曲線運動的速度方向與軌跡曲線相切的關系。在學習了向心力公式后，學生容易產(chǎn)生“半徑比較大的時候向心力是比較大還是比較小”的問題，教科書設計了一個“做一做”的體驗性實驗。學生通過實驗，體驗“勻速圓周運動的物體在線速度不變時半徑越大的向心力越小”的感覺，體會實踐中的“半徑大、線速度不變”是怎么一回事，體驗“勻速圓周運動的物體在角速度不變時半徑越大的向心力越大”的感覺，體會“半徑大、角速度不變”的實踐意義。一般來說，“半徑大向心力是大還是小”的問題，只要通過對向心力公式進行討論就可以得到結論，但通過實驗體驗性后，學生能把物理公式中的常量、變量和實驗的具體條件聯(lián)系起來，其認知的水平會比較深刻。3練習題的設計重視“情感、態(tài)度與價值觀”目標各節(jié)后的練習題，除了體現(xiàn)課文中的主干知識之外，設計時，還慎重地考慮了“情感、態(tài)度與價值觀”目標的實現(xiàn)。首先，練習題難度的水平，既要有利于學生積極思考、又要使學生在獨立思考的情況下體驗到解決問題的愉悅。同時，練習題的內(nèi)容盡量貼近學生的生活，對物理學產(chǎn)生親近感。例如，在曲線運動的練習題中，編寫了一個以跳水運動員“反身翻騰二周半”為實踐背景的曲線運動方向分析問題；在學習角速度的概念之后，編寫了一個跟電腦軟磁盤知識有關的角速度計算題；自行車是學生熟悉的交通工具，教材中的練習題要求學生根據(jù)自行車的傳動結構設計一個測量自行車前進速度的方案和計算式，它將引發(fā)學生對很多意想不到的問題進行探討；又例如，在學習了平拋運動的規(guī)律之后，練習題中設計了一個以汽車司機超速行駛而肇事為背景的平拋運動問題，盡管從物理學的角度看，這是一個已知平拋運動的拋出高度和水平位移求平拋初速度的常規(guī)問題，但是由于賦予了實踐的背景，物理知識被活化了。可以想像，如果在教學中讓一名學生扮演檢察官，陳述汽車行駛時超速的物理學根據(jù)，另一名學生扮演肇事司機的律師，從物理學的角度對檢察官的陳述提出質疑，讓學生自告奮勇地選擇角色上臺辯論，場面將是熱烈的，這時候，學生跟物理學的距離便一下子拉近了許多。第1節(jié) 曲線運動1教學目標(1)知道什么叫曲線運動；(2)知道曲線運動是一種變速運動，知道曲線運動中瞬時速度的方向，能在曲線的軌跡圖上畫出各點的速度方向；(3)知道物體做曲線運動的條件。能運用牛頓第二定律分析曲線運動的條件，掌握速度與合外力方向與曲線彎曲情況之間的關系；(4)通過實驗歸納做曲線運動的條件，體驗學習物理的興趣。2教材分析與教學建議這一節(jié)是整章教學的知識基礎，學生以前學習的是直線運動，曲線運動與直線運動的一個顯著區(qū)別是速度的方向在變化，要研究曲線運動，首先必須解決曲線運動速度方向的確定問題，并認識曲線運動的性質和物體做曲線運動的條件。教科書的敘述順序是通過觀察和實驗，知道確定速度方向的方法，得出曲線運動是變速運動的結論，理解物體做曲線運動的條件。第2節(jié) 質點在平面中的運動1教學目標(1)知道物體的運動軌跡不是直線時，需要建立平面直角坐標系進行研究；(2)經(jīng)歷蠟塊運動位置、軌跡的研究過程，體會其中所用的數(shù)學方法；(3)經(jīng)歷蠟塊速度的研究過程，體會運動合成所用的方法；(4)初步認識運動的合成與分解遵循平行四邊形定則；(5)能夠定性分析運動的合成與分解問題；(6)能夠用圖示方法表示合速度與分速度。2教材分析與教學建議本節(jié)內(nèi)容原來教科書的標題是“運動的合成與分解”，現(xiàn)在的標題改為“質點在平面中的運動”，這一變化所蘊涵的思想是：我們關注的問題仍然是物體的運動問題，也就是運動物體的位置、位移及速度等。教科書先提出在平面坐標系中通過觀察蠟塊的二維運動，探究其位置、軌跡和速度問題。 教科書雖然沒有明確提出運動的合成與分解和合運動、分運動等概念，但隱含了這種方法，例如教科書指出：“在本節(jié)的實驗和例題中，物體沿著相互垂直的兩個方向的分速度都不隨時間變化，但以上思想和方法對其他運動也是適用的?！苯ㄗh教師在完成研究蠟塊位置、軌跡和速度問題后，可以讓學生體會這種方法，并把它與力的合成與分解進行對比。對基礎比較好的學生，也可以明確提出這里所用的方法就是運動合成與分解的方法。教科書在實例選擇時沒有選用輪船渡河的現(xiàn)象來研究，主要是考慮有的學生對這一現(xiàn)象生活體驗不足，缺乏感性認識，且演示困難；而蠟塊演示方便，操作簡單，直接能夠在課堂里觀察。第3節(jié) 拋體運動的規(guī)律1教學目標(1)知道什么是拋體運動，知道拋體運動是勻變速曲線運動，知道什么是平拋運動；(2)知道拋體運動的受力特點，會用運動的合成與分解的方法分析平拋運動；(3)理解平拋運動的規(guī)律，知道平拋運動的軌跡是一條拋物線；(4)知道分析一般拋體運動的方法運動的合成與分解；(5)會確定平拋運動的速度。2教材分析與教學建議 拋體運動是自然界常見的運動形式，本節(jié)先提出拋體運動及平拋運動的概念，這兩個概念并不是并列的，而是上、下位的關系，拋體運動是上位概念，平拋運動是下位概念，建立了拋體運動概念后，平拋運動概念并不需要從大量例子中歸納、抽象，只需說明平拋運動特點的條件即可。在拋體的位置、拋體的軌跡和拋體的速度等問題討論時。教科書以平拋物體的運動作為一個典型案例，應用運動的合成與分解方法和牛頓第二定律確定拋體運動的位置和速度，并用數(shù)學方法得到軌跡方程，這是一種重視理論分析與演繹思維的方式，有利于培養(yǎng)學生用所學知識和方法解決實際問題的能力。第4節(jié) 實驗：研究平拋運動1教學目標(1)知道平拋運動的條件及相應控制方法；(2)知道用實驗獲得平拋運動軌跡的方法；(3)知道判斷運動軌跡是否是拋物線的方法；(4)知道測量初速度時需要測量的物理量；(5)會推導平拋初速度的表達式，會計算平拋運動的初速度。2教材分析與教學建議 教科書提供了三個參考方案，研究平拋運動，教學中各學校要根據(jù)自己的實際，選用其中一個參考方案進行實驗。有條件的學校，可將參考方案1與3結合起來，參考方案1要求學生動手做，參考方案3教師可事先拍好照片或錄像，在學生完成實驗后展示，并讓學生比較兩者的聯(lián)系與區(qū)別。第5節(jié) 圓周運動1教學目標(1)知道什么是圓周運動，什么是勻速圓周運動；(2)知道線速度的物理意義、定義式、矢量性，知道勻速圓周運動線速度的特點；(3)知道角速度的物理意義、定義式及單位，了解轉速和周期的意義；(4)掌握線速度和角速度的關系，掌握角速度與轉速、周期的關系；(5)能在具體的情景中確定線速度和角速度與半徑的關系。 2教材分析與教學建議 本節(jié)內(nèi)容主要敘述了勻速圓周運動，以及描述勻速圓周運動的線速度、角速度、周期等概念和線速度與角速度的關系。對于勻速圓周運動的定義，教科書是在講述了線速度概念后給出的，“如果物體沿著圓周運動，并且線速度的大小處處相等，這種運動叫做勻速圓周運動”這樣表述比較嚴格。對于勻速圓周運動模型的理解，從教科書的敘述和給出的定義中，可以看出高中物理中的勻速圓周運動是質點運動模型，不是物體（剛體）的轉動模型。本節(jié)內(nèi)容概念多，需要說明的問題也比較多，可以與描述直線運動的概念進行比較，教科書雖然只給出了線速度和角速度的定義式，建議教師引導學生進一步推導勻速圓周運動情景下角速度、線速度與周期的關系。建議教師整理好教學目標，明確需要講清的概念、關系和說明的問題，便于教學時有清晰的結構。對于勻速圓周運動來說，用角速度、線速度與周期加以描述已經(jīng)足夠了，教師不要再引入其他概念，避免加深學生的負擔。第6節(jié) 向心加速度1教學目標(1)知道勻速圓周運動是變速運動，具有指向圓心的加速度向心加速度；(2)知道向心加速度的表達式，能根據(jù)問題情景選擇合適的向心加速度的表達式并會用來進行簡單的計算；(3)會用矢量圖表示速度變化量與速度之間的關系，理解加速度與速度、速度變化量的區(qū)別；(4)體會勻速圓周運動向心加速度方向的分析方法；(5)知道變速圓周運動的向心加速度的方向和加速度的公式。2教材分析與教學建議教科書對向心加速度的引入是從運動和力關系的討論開始的。其基本思路是：如果物體不受力，它將做勻速直線運動圓周運動不是直線運動，沿圓周運動的物體一定受力勻速圓周運動的物體，受的力是什么方向？考慮實例：地球繞太陽，地球受到力的方向；細繩拉著小球在光滑水平面上作圓周運動，小球所受合力的方向勻速圓周運動物體所受的合力指向圓心物體的加速度也指向圓心直接給出向心加速度的兩種表達式。教科書的敘述是運用牛頓第二定律，“從力推知加速度”的思路。這種敘述的好處是降低了教學的難度，用“迂回”的方法避開難點，使所有學生可以掌握向心加速的大小和方向。對學有余力，并且對物理量之間的關系及推理的嚴謹特別關注的同學，“做一做”中的“探究向心加速度大小的表達式”為滿足他們的需求開了“窗口”，這個“窗口”有利于學生了解在矢量狀態(tài)下速度變化量與加速度之間的聯(lián)系，有利于學生更透徹地理解圓周運動的加速度概念。第7節(jié) 向心力1教學目標(1)了解向心力概念，知道向心力是根據(jù)力的效果命名的；(2)體驗向心力的存在，會分析向心力的來源；(3)掌握向心力的表達式，計算簡單情景中的向心力；(4)從牛頓第二定律角度理解向心力表達式；(5)初步了解“用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式”的原理；(6)會測量、分析實驗數(shù)據(jù)，獲得實驗結論。2教材分析與教學建議本節(jié)首先根據(jù)牛頓第二定律和向心加速度表達式得到向心力的表達式，定義向心力概念，討論向心力性質和特點。對推出的向心力表達式用圓錐擺實驗來驗證，最后分析變速圓周運動和一般的曲線運動中的物體的受力情況和處理辦法。第8節(jié) 生活中的圓周運動1教學目標 (1)能定性分析火車外軌比內(nèi)軌高的原因；(2)能定量分析汽車過拱形橋最高點和凹形橋最低點的壓力問題；(3)知道航天器中的失重現(xiàn)象的本質；(4)知道離心運動及其產(chǎn)生條件，了解離心運動的應用和防止；(5)會用牛頓第二定律分析圓周運動；(6)進一步領會力與慣性對物體運動狀態(tài)變化所起的作用。2教材分析與教學建議本節(jié)是圓周運動的應用課，內(nèi)容豐富，教科書中每個例子的選擇都各有特點，很有代表性，鐵路的彎道是分析水平面上的勻速圓周運動；拱形橋是分析豎直面